Comprendere la produzione additiva a livello funzionale (FGAM) e guardare oltre i suoi limiti

GH Loh ed E. Pei esplorano i vantaggi della produzione additiva a livello funzionale in ” Costruire una comprensione concettuale della produzione additiva a livello funzionale (FGAM) e dei suoi limiti “, esplorando ulteriori processi di stampa 3D in termini di hardware, software e la continua espansione scienza dei materiali. Con FGAM, i ricercatori stanno impiegando un nuovo metodo che crea una varietà di gradienti all’interno del materiale stampato a seconda dei requisiti di un prototipo o di una parte. Qui, gli autori esplorano anche i limiti di FGAM attualmente e i modi per superarli.

Sviluppati negli anni ’80 per un progetto di resistenza termica aerospaziale, i materiali con classificazione funzionale sono entrambi avanzati e offrono un trucco spazialmente variabile, consentendo cambiamenti nelle proprietà dei materiali.

Con l’inizio di più processi AM tradizionali, divenne rapidamente chiaro che tale tecnologia sarebbe stata una scelta logica per la creazione di parti FGM tramite FGAM, promettendo strutture che potrebbero essere fortemente personalizzate e progettate in modo più efficiente. Una matrice di materiale rinforzata può essere “controllata con precisione” in termini di:

Quantità
Volume
Forma
Posizione
“Semplificando l’assemblaggio di parti complesse utilizzando gradienti dinamici, è possibile evitare alcuni svantaggi dei compositi tradizionali, come ridurre le sollecitazioni in piano e trasversali in punti critici e migliorare la distribuzione delle sollecitazioni residue”, spiegano i ricercatori.

È necessario meno materiale di supporto anche poiché le parti FGAM si stabilizzeranno automaticamente nel processo di creazione di “componenti a forma libera basati sulle prestazioni”. I materiali vengono trasformati a causa delle variazioni nella composizione, che possono essere definite in uno di questi tre tipi:

Densificazione variabile all’interno di una composizione omogenea – questo può essere modificato attraverso deviazioni di proprietà e funzionali.
Composizione eterogenea attraverso la combinazione simultanea di due o più materiali attraverso una transizione graduale – FGAM tende a perfezionare il legame tra materiali eliminando i confini tra materia diversa o incompatibile. Anche lo stress meccanico e termico può essere ridotto.
Combinazione di densificazione variabile all’interno di una composizione eterogenea – i gradienti ottimizzano la combinazione di proprietà dei componenti come peso, resistenza, resistenza all’usura e agli urti, tenacità e altro – e possono anche trasformare le proprietà meccaniche.

Nel complesso, FGAM può ampliare in particolare i vantaggi della stampa 3D e della produzione additiva nella prototipazione, oltre a combinare le funzioni in una fase di produzione senza costi aggiuntivi; tuttavia, l’educazione su FGAM e la comprensione dei materiali e dei parametri necessari può essere complicata.

“È una sfida tecnica determinare la geometria complessiva dei componenti e regolare la distribuzione spaziale ottimale e la transizione tra materiali eterogenei”, concludono i ricercatori, affermando la necessità di database riguardanti caratteristiche e modelli predittivi.

“I criteri devono essere stabiliti per scegliere le migliori strategie nella caratterizzazione dei materiali, definendo la distribuzione ottimale dei materiali e l’esplorazione sulla metodologia per misurare le proprietà dei materiali dei componenti fabbricati”, concludono i ricercatori. “In parallelo, il lavoro futuro deve porre l’accento sull’ingegneria del software di moduli 3D che incorporano proprietà e comportamento dei materiali con feedback di fabbricazione potenzialmente in tempo reale. La gamma di espressioni e applicazioni aumenterà contemporaneamente con il miglioramento della tecnologia di elaborazione, dei costi di produzione e delle proprietà delle MGF. ”

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